ЭВМ и периферийные устройства

HD 2900 XT, HD3870). Далее появилась память GDDR5, кото-

раянаиболеевостребована, GDDR3 используетсявбюджетном сегменте. Видеопамять отличается от «обычной» системной ОЗУ более жесткими требованиями к ширине шины. Графическая шина данных – магистраль, связывающая графический процессор и память видеокарты.

Интерфейс видеокарты состоит из внутренних соединителей (слотов) и внешних разъемов (портов).

Внутренние соединители. Как уже было отмечено в подразд. 3.3, внутренними соединителями видеокарт являются слоты шин системной платы – AGP или PCI Express. Внешние же разъемы обычно выводятся на заднюю панель компьютера.

Внешние порты. Видеоадаптеры VGA и более поздние обычно имели всего один разъем VGA (15-контактный D-sub компонентный) (рисунок 3.19). Изредка ранние версии VGAадаптеровимели такжеразъемпредыдущегопоколения (9-кон- тактный) для совместимости со старыми мониторами. Выбор рабочего выхода задавался переключателями на плате видеоадаптера. Видеокарта также может иметь разъем S-Video (см. рисунок 3.19).

Рисунок 3.19 – Порты видеоподсистемы (слева направо): 9-контактный разъем S-Video TV-out, DVI и D-sub

Композитный видеовыход RCA (т.е. видео RCA-разъем

«тюльпан» желтого цвета). Аналоговые видеосистемы с умеренным разрешением используют разъем RCA. Единственный коаксиальный кабель (рисунок 3.20) передает одновременно все видеосигналы: разрешения, яркости и цветности, почему и называется композитным, что не позволяет обеспечить высокое качество видео.

Также видеокарта может содержать аналоговый компонент-

ный Y-Pr-Pb видеовыход с тремя компонентами на трех

91

RCA-разъемах (см. рисунок 3.20), обеспечивающий приемлемое качество аналогового видео.

Рисунок 3.20 – Порты видеоподсистемы: композитный видеовыход (слева); компонентный видеовыходY–Pb–Pr (справа)

Современные видеокарты обычно оснащаются разъемами DVI или HDMI цифрового видео (рисунок 3.21).

Рисунок 3.21 – Порты видеоподсистемы: VGA, DVI, HDMI, S-Video

Порты DVI (Digital Visual Interface) и HDMI являются эво-

люционными стадиями развития стандарта передачи видеосигнала, поэтому для соединения устройств с этими типами портов возможно использование переходников (разъем DVI к гнезду D-Sub – аналоговый сигнал, разъем HDMI к гнезду DVI-D – цифровой сигнал, который не поддерживает технические средства защиты авторских прав (англ. High Bandwidth

Digital Copy Protection, HDCP), поэтому без возможности пе-

редачи многоканального звука и высококачественного изобра-

92

жения). Порт DVI-I также передает аналоговые сигналы, позволяющие подключить монитор через переходник на старый разъем D-Sub (DVI-D не позволяет это сделать).

Интерфейс HDMI (High Definition Multimedia Interface) –

интерфейс для мультимедиа высокой четкости, позволяющий передавать: 1) цифровое видео; 2) многоканальные цифровые аудиосигналы с защитой от копирования; 3) дополнительную служебную информацию управления устройствами.

Разъем HDMI обеспечивает цифровое DVI-соединение нескольких устройств с помощью соответствующих кабелей. Основное различие между HDMI и DVI состоит в том, что разъем HDMI меньше по размеру, а также поддерживает передачу многоканальных цифровых аудиосигналов. Является заменой аналоговыхстандартовподключения, такихкакSCART иRCA.

Разработчиками HDMI являются компании Hitachi, Matsushita Electric Industrial (ныне Panasonic) (Panasonic/ National/ Technics/ Quasar), Philips, Silicon Image, Sony, Thomson (RCA).

HDMI имеетпропускную способность от 4,9 до 10,2 Гбит/с. Длина стандартного кабеля может достигать 10 м, возможно увеличение длины до 20–35 м и более с применением как внешних усилителей-повторителей, так и вмонтированных сразу в кабель. Некоторые производители устанавливают ферритовыекольцавначалеивконцекабелядлязащитыотпомех. Существуют переходники с HDMI на DVI и обратно в целях совместимости с различными устройствами, не имеющими одного из этих входов/выходов. HDMI поддерживает управляющие протоколы CEC и европейскийAV.link.

Шина обмена данными HDMI-CEC (CEC – Consumer Electronics Control) – двунаправленнаяпоследовательнаяшина, использующая протокол промышленного стандарта AV.Link для удаленного управления электронными устройствами. Опциональный компонент интерфейса HDMI; в настоящее время стандарт шины регулируется документом CEC Implementation Guidelines, публикуемым HDMI Licensing, LLC.

Технологию HDMI-CEC поддерживает большинство современных медиасистем (телевизоры, домашние кинотеатры,

93

HTPC и т. д.), иногда эта технология поддерживается и на персональных компьютерах. Патент на поддержку технологии HDMI-CEC в персональных компьютерах был куплен только компанией Toshiba, поэтому данная технология используется только в ряде моделей ноутбуковToshiba. CEC разработана для удобства управления различными приборами бытовой электроники при помощи одного пульта управления и основана на стандарте SCART. Схема подключения поддерживает одновременно до 10 устройств.

Технология CEC и товарные знаки. Технология CEC пре-

подноситсяразличнымипроизводителямиконечномупользователю под разными торговыми названиями: Anynet+ (Samsung); Aquos Link (Sharp); BRAVIA Sync (Sony); HDMI-CEC (Hitachi); Kuro Link (Pioneer); CE-Link и Regza Link (Toshiba); RIHD (Remote Interactive over HDMI) (Onkyo); SimpLink (LG); HDAVI Control, EZ-Sync, и VIERA Link (Panasonic); EasyLink (Philips); NetCommand for HDMI (Mitsubishi).

DisplayPort – это стандарт сигнального интерфейса для цифровых дисплеев (рисунок 3.22). Был принят VESA (Video Electronics Standard Association) в 2006 г., версия 1.1 принята в 2007 г., а версия 1.2 – в 2010 г. DisplayPort предназначен для использования в качестве наиболее современного интерфейса соединения аудио- и видеоаппаратуры, в первую очередь для соединения компьютера с дисплеем или компьютера и систем домашнего кинотеатра. DisplayPort позволяет подключать до четырех устройств, в том числе аудиоустройства, USB-концен- траторы и иные устройства ввода-вывода.

Рисунок 3.22 – Кабельная (слева) и приборная (справа) часть разъема DisplayPort

94

В настоящее время видеокарты оснащают разъемами DVI,

или HDMI (см. рисунки 3.19, 3.21), или DisplayPort в количе-

стве от одного до трех (некоторые видеокарты ATi последнего поколения оснащаются шестью соединителями).

3.7 Блок питания

Хотя блок питания и относится к вспомогательным устройствам [13, с. 175], но без него практически невозможно функционирование компьютера.

Компьютерный блок питания (power supply unit, PSU –

блок питания, БП) – это вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов компьютера электрической энергией постоянного тока путем преобразования сетевого напряжения до требуемых значений. В некоторой степени блок питания также выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения.

Компьютерный блок питания для настольного персо-

нального компьютера (рисунок 3.23) стандарта PC согласно спецификацииATX 2.x должен обеспечивать выходные напряжения ±5, ±12, +3,3 В, а также +5 В дежурного режима (англ. standby).

Основными силовыми цепями являются напряжения +3,3, +5 и +12 В. Причем, чем выше напряжение, тем большая мощность передается по данным цепям. Отрицательные напряжения питания (−5 и−12 В) допускаютнебольшие токии

всовременных материнских платах в настоящее время практически не используются.

Напряжение −5 В использовалось только интерфейсом ISA материнских плат. Для обеспечения −5 В постоянного тока в ATX и ATX12V версии до 1.2 использовался контакт 20 и белый провод. Это напряжение (а также контакт и провод) не являетсяобязательнымужевверсии1.2 иполностьюотсутствует

вверсии 1.3 и старше.

Напряжение −12 В необходимо лишь для полной реализа- циистандартапоследовательногоинтерфейсаRS-232 сисполь-

95

зованием микросхем без встроенного инвертора и умножителя напряжения, поэтому также часто отсутствует.

Рисунок 3.23 – Блок питания настольного компьютера

IBM PС

Напряжения ±5, ±12, +3,3 В дежурного режима используются материнской платой. Для жестких дисков, оптических приводов, вентиляторов используются только напряжения

+5 В и +12 В.

Современные электронные компоненты используют напряжение питания не выше +5 В. Наиболее мощные потребители энергии, такие как видеокарта, центральный процессор, северный мост, подключаются через размещенные на материнской плате или на видеокарте вторичные преобразователи с питанием от цепей +5 В и +12 В.

Напряжение +12 В используется для питания наиболее мощных потребителей. Разделение питающих напряжений на 12 В и 5 В целесообразно как для снижения токов по печатным проводникам плат, так и для уменьшения потерь энергии на выходных выпрямительных диодах блока питания.

Напряжение +3,3 В в блоке питания формируется из напряжения +5 В, а потому существует ограничение суммарной потребляемой мощности по ±5 В и +3,3 В.

В большинстве случаев используется импульсный блок питания, выполненныйпополумостовой(двухтактной) схеме.

Устройство и схемотехника блока питания. Рассмотрим составные части широко распространенной схемы импульсного источника питания (рисунки 3.24–3.26):

96

Рисунок 3.24 – Структурная схема импульсного блока питания

Двухтактный преобразователь

Вход

Выход

Входныецепи. Входнойфильтрпредотвращаетраспространение импульсных помех в питающую сеть. Он также уменьшает бросок тока заряда электролитических конденсаторов при включении БП в сеть (это может привести к повреждению входного выпрямительного моста). В качественных моделях имеетсяпассивныйлибоактивныйкорректормощности(PFC), снижающий нагрузку на питающую сеть.

Рисунок 3.26 – Импульсный блок питания компьютера (ATX) со снятой крышкой:

A – входной диодный выпрямитель, ниже виден входной фильтр; B – входные сглаживающие конденсаторы, правее виден радиатор высоковольтных транзисторов; C – импульсный трансформатор, правее виден радиатор низковольтных диодных выпрямителей; D – дроссель групповой стабилизации; E – конденсаторы выходного фильтра

Входной выпрямительный мост преобразует переменное напряжение в постоянное пульсирующее. Конденсаторный фильтр сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Отдельный маломощный блок питания выдает +5 В дежурного режима материнской платы и +12 В для питания микросхемы преобразователя самого БП. Обычно он выполнен в

98

виде обратноходового преобразователя на дискретных элементах (либо с групповой стабилизацией выходных напряжений через оптрон плюс регулируемый стабилитрон TL431 в цепи обратной связи, либо линейными стабилизаторами 7805/7812 на выходе) или же (в топовых моделях) на микросхеме типа

TOP Switch.

Преобразователь. Полумостовой преобразователь построеннадвухбиполярныхтранзисторах. Схемауправленияпреобразователем и защиты компьютера от превышения/ снижения питающих напряжений обычно выполняется на специализиро-

ванной микросхеме (TL494, UC3844, KA5800, SG6105 и пр.).

Импульсный высокочастотный трансформатор служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки цепей (входных от выходных и при необходимости выходных друг от друга). Пиковые напряжения на выходе высокочастотного трансформатора пропорциональны входному питающему напряжению и значительно превышают требуемые выходные.

Цепи обратной связи поддерживают стабильное напряжение на выходе блока питания.

Формирователь напряжения PG (Power Good, «напряжение в норме») обычно выполняется на отдельном операционном усилителе (ОУ).

Выходные выпрямители. Положительные и отрицательные напряжения (5 и 12 В) используют одни и те же выходные обмотки трансформатора с разным направлением включения диодов выпрямителя. Для снижения потерь при большом потребляемом токе в качестве выпрямителей используют диоды Шоттки, обладающие малым прямым падением напряжения.

Дроссель выходной групповой стабилизации. Дроссель сглаживает импульсы, накапливая энергию между импульсами с выходных выпрямителей. Вторая его функция – перераспределение энергии между цепями выходных напряжений. Так, еслипокакому-либоканалуувеличитсяпотребляемыйток, что снизит напряжение в этой цепи, дроссель групповой стабилизациикактрансформаторпропорциональноснизитнапряжение

99

по другим выходным цепям. Цепь обратной связи обнаружит снижение напряжения на выходе и увеличит общую подачу энергии, что восстановит требуемые значения напряжений.

Выходные фильтрующие конденсаторы. Выходные кон-

денсаторы вместе с дросселем групповой стабилизации интегрируют импульсы, тем самым получая необходимые значения напряжений, которые, благодаря дросселю групповой стабилизации, значительно ниже напряжений с выхода трансформатора. Один (на одну линию) или несколько (на несколько линий, обычно +5 В и +3,3 В) нагрузочных резисторов 10 – 25 Ом обеспечивают безопасную работу на холостом ходу.

Основные параметры типовых блоков питания приведены в таблицах 3.3 и 3.4.

Таблица 3.3 – Номиналы выходных напряжений и их допуск

Таблица 3.4 – Номинальные токи нагрузок для БП мощностью

300 Вт

100